第二章煤层气的物质组成性质和利用ppt课件.ppt

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1、第二章煤层气的物质组成、性质和应用本章主要内容：第一节煤层气的形成第二节煤层气的化学成分第三节煤层气的地球化学热证和变化的地质控制第四节煤层气的物理性质第五节煤层气对环境的影响第六节煤层气的利用煤层气地质学三个基本概念煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤层基质颗粒表面并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。其主要成分以甲烷为主，故常称为煤层甲烷。煤层气与煤型气和瓦斯在词义上有明显差别。煤型气是指煤系中煤和分散的有机质在成岩和煤化作用过程中形成天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其他岩层内，其成分大多以甲烷为主，也可以以氮气、二氧化碳或重烃为主。其中赋

2、存在煤层中、成分以甲烷为主的煤型气，成为煤层气或煤层甲烷，赋存在围岩中的煤型气称为煤成气。瓦斯是赋存在煤层中的煤层气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气和采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。第一节煤层气的形成煤层气的成因：植物体埋藏后，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭（泥炭化作用阶段），泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化（煤化作用阶段）。在成煤作用过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学变化，挥发分含量和含水量减少，发热量和固定碳含量增加，同时也产生了以甲烷为主的气体成分。成煤作用经历两个过程，即生物成因过程和热成因过程，生成的气体成分别称为生物成

3、因气和热成因气。（表2-1）表2-1生物成因和热成因煤层气产生阶段最一、生物成因气，是有机质在微生物降解作用下的产物，是指在相对低的温度（一般小于50℃）条件下，通过细菌的参与与作用，在煤层中生成的以甲烷为主并含少量其他成分的气体。生物成因气的生成有两种机制：①二氧化碳的还原作用产生甲烷;②醋酸、甲醇、甲胺等经发酵作用转化成甲烷。尽管两种作用都在地表环境中进行，但根据组分研究大部分古代剧集的生物气可能大部分来自于二氧化碳的还原作用。煤层气中生成大量的生物成因气的有利条件是：大量有机质的快速沉淀；充裕的孔隙空间；低温、高pH的缺氧环境。生物成因气的两种类型：按照生气时间、母质以及地质条件

4、的不同。生物成因气有原生生物成因气和次生生物成因气两种类型，两者在成因上没有本质差别。1.原生生物成因气：在成煤作用阶段早期泥炭沼泽环境中的未变质煤（泥炭~褐煤）经微生物作用使有机质发生一系列复杂过程所生成的气体，又称之为早期生物成因。　　由泥炭至褐煤阶段，可以生成生物气量约为38m³/t（A.И.Кравдов，1984）。其生成气量约占200℃以下煤层气总生成量的10%（C.T.Rightmireetal.1984）。由于原生生物气常形成于地表或地下浅处，因而形成的气体极易扩散到大气中或溶解于水体中，加之泥炭或低变质煤对气体的吸附作用较弱，故仅有少量气体聚集在煤层内。对于原生生物成

5、因气和热成因气的形成阶段，不同学者的划分方案不尽相同A.R.Scottetal.（1994）以Ro<0.3%为原生生物气的界限值，而热成气开始生成的Ro临界值定位0.50%（表2-1）；I.Palmeretal.则将（原生）生物气和热成气因气的Ro临界值定为0.5%（秦勇等译，1996）。D.D.Rice(1993)则认为热成因气的形成始于0.6%左右。之所以出现这种差异是因为传统的天然气成因理论认为，生物成因气一般形成于Ro值为0.3%以前而热成因气则形成于Ro值在0.6%~0.7之后，即生气母质在Ro值0.3%~0.6%的热演化阶段不生气（表2-1即是这种观点的体现）。但近若干年来

6、的研究表明，生气母质在Ro值为0.3%~0.6%阶段仍然生气且可形成相当规模的气田（目前形成的多位煤型气田），这一所生成的气体称为生物热催化过渡带气（徐永昌，1994）。即是说，有机质生气是一个连续的过程，煤层气也应如此。2.次生生物成因气：煤系地层在后期被构造作用抬升并剥蚀到近地表，细菌通过流动水（多为大气降水）可运移到煤层水中，在低、中煤阶煤中当温度、盐度等环境条件又适宜微生物生存时，在相对的低温下（一般小于50oC）细菌通过降解和代谢作用将煤层中已形成的湿气、正烷烃和其他有机化合物转变成甲烷和二氧化碳，即形成次生生物成因气。次生生物气的形成时代一般较晚（几万至几百万年前），煤层中

7、存留的生物成因气大部分属于次生生物成因气。次生生物成因气的生成和保存需以下条件：煤级为褐煤~焦煤，煤层所在区域发生过隆起（抬升）作用；煤层有适宜的渗透性；沿盆地边缘有流水回灌到盆地煤层中；有细菌运移到煤层中；煤层具有较高的储层压力和能储存大量气体的圈闭条件（Law，1993，Scott，1994）。二、热成因气：在温度（>50℃）和压力作用下，煤有机质发生一系列物理、化学变化，煤中大量富含氢和氧的挥发分物质主要以甲烷、二氧化碳和水的形式释放出来